Flexibilidad operacional en la demanda energética de la industria minera de cobre bajo distintos escenarios tecnológicos para el suministro

Abstract

La transición a energías renovables no convencionales (ERNC) es esencial para que Chile logre ser carbono neutral antes de 2050. La industria minera del cobre desempeña un papel crucial debido a su alto consumo energético. Enfoques valiosos incluyen la gestión de la demanda por parte de los consumidores industriales para promover sinergias entre generadores y usuarios. Además, existen oportunidades sin explorar en la cadena productiva del cobre en términos de flexibilidad energética. De esta manera, en este trabajo se propone abordar lo anterior a través de la creación de un modelo fenomenológico para el proceso de fundición de cobre para ser utilizado como insumo en estrategias de gestión de demanda ante la oferta variable de las energías renovables no convencionales. Las operaciones unitarias consideradas para el modelo de la fundición son: fusión, conversión, limpieza de escorias y piro-refinación. Por lo que los flujos de entrada más relevantes en el proceso son la entrada de concentrado de cobre (30 %Cu), fundente (SiO2), combustible, oxígeno enriquecido y calor de precalentado para ésta última, y electricidad. Los de salida, por su lado, son la escoria de descarte, gases de combustión (CO2, vapor de agua H2O, y dióxido de azufre SO2) y cobre anódico. Con lo anterior, se diagnosticó que las variables con mayor potencial de flexibilidad, para un flujo de concentrado dado, son el combustible alimentado, el oxígeno enriquecido y el calor de precalentado. Estas variables tienen una relación complementaria entre sí respecto a la energía neta que aportan al proceso. Para construir el modelo, se consideró estado estacionario y se utilizaron los balances de masa y energía, la producción de oxígeno enriquecido y el consumo eléctrico basal de la fundición. Esto se realizó en función de las variables críticas para su posterior implementación. El modelo fue implementado en diferentes combinaciones de las variables mencionadas (combustible, oxígeno enriquecido y calor de precalentado), lo que generó escenarios de flexibilidad energética. Para facilitar la comprensión, se realizó un ejercicio ilustrativo del uso de los escenarios para la eventual gestión de la demanda eléctrica. En este ejercicio se examinan los casos extremos del uso de las variables ante menor o mayor disponibilidad eléctrica, como por ejemplo cuando exista menor disponibilidad, utilizar al máximo el oxígeno y evitar combustible, o utilizar al máximo el calor de precalentado cuando la disponibilidad sea mayor. Finalmente, se concluye que el modelo es una herramienta útil para sustentar y apoyar la toma de decisiones y que en complemento a ésto, puede ser aplicado al contexto de una planificación energética más amplia en sintonía con la red eléctrica.